Als we terugdenken aan een belangrijke gebeurtenis, herinneren we ons als vanzelfsprekend de omgeving waarin deze plaatsvond. Maar hoe wordt deze koppeling tussen gebeurtenis en plaats door onze hersenen gemaakt en vastgelegd? Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam (UvA) ontdekten dat twee hersengebieden de informatie in diepe slaap vlak na elkaar en tien keer zo snel afspelen als tijdens het actieve gedrag. Hiermee bevestigden zij een element van een theorie over geheugenvorming, dat stelt dat de hippocampus als dirigent optreedt in het orkest van ons geheugen. De resultaten van het onderzoek zijn dinsdag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PLoS Biology.
Niet eerder was onderzocht hoe de ene hersenstructuur (hippocampus) informatie over de ruimtelijke positie overbrengt op de andere structuur (ventrale striatum), die informatie codeert over beloningen zoals voedsel. UvA-promovendus Carien Lansink van het Swammerdam Institute for Life Sciences en een aantal medewerkers voorzagen vier ratten van elektroden waarmee de elektrische activiteit van groepen neuronen in de twee hersenstructuren in detail kon worden gemeten. De rat legde eerst herhaaldelijk een parcours af waarop smakelijke hapjes konden worden gevonden. Daarna ging de rat slapen, waarbij droomslaap en diepe slaap elkaar afwisselden.
Replay tijdens slaap
De elektrische patronen gemeten tijdens het gedrag leken sterk op de patronen tijdens de diepe slaap, terwijl de droomslaap geen gelijkenis toonde. Deze 'replay' tijdens diepe slaap verliep tien keer zo snel als tijdens het actieve gedrag. Als bijvoorbeeld de rat in wakkere toestand drie seconden nodig had om van plaats A naar een belonende plek B te komen, duurde het overeenkomstige elektrische patroon in beide hersengebieden tijdens slaap slechts 0,3 seconden. Tijdens slaap wordt ruimtelijke informatie dus in zeer korte tijd aan beloningsinformatie gekoppeld, veel sneller dan tijdens de werkelijke ervaring.
Deze studie toont voor het eerst aan dat de hippocampus als eerste structuur actief wordt bij het reactiveren (opnieuw afspelen) van opgeslagen informatie. Dit is een bevestiging van een voorspelling die al door een 38-jaar oude theorie over geheugenvorming werd gedaan. De theorie stelt dat ons brein in wakkere toestand zintuiglijke informatie doorsluist naar de hippocampus, die de informatie in compacte vorm opslaat. Tijdens de slaap - als het brein niet wordt verstoord door prikkels van buitenaf - wordt de hippocampus als eerste weer actief. Die begint zijn ruimtelijke informatie te reactiveren en stuurt zo andere gebieden aan om hetzelfde doen. Deze rol van 'dirigent' klopt met de bevinding dat de hippocampuscellen tijdens de diepe slaap begonnen met replay, terwijl de beloningsinformatie pas daarna opdook in het ventrale striatum.